초록 ▼

본 연구는 기존 Peltier 냉각 소자용 알려진 열전 물질의 박막화하고, 초격자를 제조하고 열전 성능지수를 높이고 및 prototype 박막 열전 냉각기를 제작한다.
본 연구에서는 i) 기존 열전 재료를 박막으로 성장시키고, 전기전도도, 열전도도, 열확산도, thermopower, Hall 측정으로 열전 특성 등을 연구하여 박막 냉각기로의 응용 가능성을 조사한다. ii) 기존 열전 재료의 낮은 에너지 효율(약 5%)을 높이는 연구를 atomic-scale ordered superlattice alloy 구조를 제작함으로써 구

본 연구는 기존 Peltier 냉각 소자용 알려진 열전 물질의 박막화하고, 초격자를 제조하고 열전 성능지수를 높이고 및 prototype 박막 열전 냉각기를 제작한다.
본 연구에서는 i) 기존 열전 재료를 박막으로 성장시키고, 전기전도도, 열전도도, 열확산도, thermopower, Hall 측정으로 열전 특성 등을 연구하여 박막 냉각기로의 응용 가능성을 조사한다. ii) 기존 열전 재료의 낮은 에너지 효율(약 5%)을 높이는 연구를 atomic-scale ordered superlattice alloy 구조를 제작함으로써 구현하고자 한다.
iii) 여러 종류의 소형 칩을 효율적으로 냉각할 수 있는 박막 및 초격자 냉각 소자를설계하고자 한다.
초기 2년은 저온, 고온, 상온 열전 재료를 박막화 하고 이의 수송성을 연구하고, 이의 열전발전 및 열전냉각으로의 가능성을 타진하고, 동시에 artificially atomic-scale ordered superlattice alloy를 제작하고 그들의 구조, 수송성, 전자구조의 변화 등을조사한 후 열전재료의 특성을 향상시키는 연구를 수행한다.
- 극성을 갖는 CdTe(111) 박막의 극성은 기판 극성에 따라 결정되며, 얇은 Bi 나 Sb 층을 CdTe(111) 기판과 박막 사이에 넣음으로써 극성을 바꿀 수 있었다.
- MBE법을 이용하여 원자 level의 Bi/Sb 초격자를 제작하여 전기적 열전 특성을 연구하였다. 반금속인 Bi 나 Sb 원자 level의 초격자는 Bi나 Sb의 layer 두께를 변화시킴으로써 반금속(semimetal)에서 반도체로 전자구조를 조절할 수 있었다.
- MBE 법으로 제작한 Bi 박막을 Bi 녹는점 3$\DegC$이하 (269$\DegC$)에서 열처리함으로써 epitaxial Bi 박막의 자기저항 값을 크게 향상시킬 수 있었다. 5K의 온도와 5T의 자기장하에서 열처리 후엔 256,000%의 자기저항의 변화를 보았다. 이러한 향상된 자기저항 값은 열처리로 인하여 결정의 crystallinity가 향상되어 전자나 홀의 활성도가 향상되어 일어난 현상임을 여러 가지 수송성 특성을 측정함으로써 확인할 수 있었다.
- Te, $Bi_xSr_2Co_2O9_-\delta$ $TiO_2$, $As_2S_3$, ZnO, Bi_2Se_3$, $Bi_2Te_3$ 박막과 Bi/Sb, Bi/InSb, Bi/PbTe 초격자를 제작하고 특성 조사결과 독특한 열전 특성을 가졌다.
- 2% Mn이 치환된 Bi2Te3 단결정에서, 10 K의 큐리온도를 갖는 강자성 반도체임을 확인하였다.
- n형 $Bi_2Te_3$와 p-형 $Sb_1.5Bi_0.5Te_3$ 박막을 이용한 Peltier 냉각소자를 제작하였다.접점에서의 온도차는 2$\DegC$ 정도 였다.

Abstract ▼

We will employ the preparation of thin films of thermoelectric materials, the enhancement of thermoelectric performance in superlattice structure, and the fabrication of the prototype thermoelectric cooling devices. Considering the present our semiconductor industries, In addition, the understanding

We will employ the preparation of thin films of thermoelectric materials, the enhancement of thermoelectric performance in superlattice structure, and the fabrication of the prototype thermoelectric cooling devices. Considering the present our semiconductor industries, In addition, the understanding of thermoelectric phenomena, material properties, and its applications is also important.
The two year milestones are to prepare the thin films of the present thermoelectric materials, to study thermoelectric transport properties, and to evaluate them for the cooling and power generation applications. In parallel, we will perform the enhancement of thermoelectric figure-of-merit in artificially atomic-scale ordered superlattice alloys for various alloys. The three year goals are to fabricate and demonstrate the prototype thin film cooling devices as well as to optimize thin film and superlattice performance and development.
- We have observed a polarity inversion of the CdTe top layer on Sb(Bi)/CdTe(111)B with ulatrathin Sb or Bi layer thicknesses. These results indicate that the polarity of a polar material on a nonpolar one is determined by the binding energy difference of the two different surface configurations and can be controlled by modifying substrate surface states.
- We have fabricated Bi/Sb superlattice alloys that are artificially-ordered on the atomic scale using MBE. We observe that by changing the superlattice period thickness, the electronic structure can be 　tuned　 from a semimetal, through zero-gap, to a narrow-gap semiconductor.
- We have observed a large increase in the MR of MBE-grown Bi thin films, which were subjected to a post-annealing procedure at 3 below the Bi melting point. We have achieved an increase in the MR by a factor of 2560 at helium temperatures as compared with 343 for an as-grown film. The enhancement of the MR in the annealed films is due to higher electron and hole mobilities relative to those of the as-grown films.
- We have also grown Te, $Bi_xS_r2Co_2O_9-\delta$ $TiO_2$, $As_2S_3$, ZnO, $Bi_2Se_3$, $Bi_2Te_3$ thin films and Bi/Sb. Bi/InSb, Bi/PbTe superlattices and observed unique electronicand thermoelectric properties.
- We have fabricated Mn-doped $Bi_2Te_3$,/tex> bulk single crystals by the vertical gradient solidification method and observed that Mn-doped Bi_2Te_3$ single crystal is ferromagnetic semiconductor.
- We have fabricated thin film Peltier device using n-type $Bi_2Te_3$ and p-type $Sb_1.5Bi_0.5Te_3$ thin films, generating 2$\DegC$ temperature difference between hot and cold ends.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서론...6
• 2. 연구방법 및 이론...6
• 3. 결과 및 고찰...10
• 4. 결론...42
• 5. 인용문헌...43